Fusión a Mata o Eje (CuFusión a Mata o Eje (Cu22S – FeS)S – FeS) Fusión a Mata + Conversión a CuFusión a Mata + Conversión a Cu(b)(b), (en 2 Etapas) método , (en 2 Etapas) método

mas importante sulfuros.mas importante sulfuros. Fusión comprende: Oxidación, Calentamiento y Fusión de Fusión comprende: Oxidación, Calentamiento y Fusión de

Concentrados de Cu-Fe- S en un horno revestido con Concentrados de Cu-Fe- S en un horno revestido con refractarios a 1250ºC.refractarios a 1250ºC.

Se emplea Aire ($ OSe emplea Aire ($ O22) para oxidar Fe y S del concentrado ) para oxidar Fe y S del concentrado dejando Cudejando Cu22S + FeS (1200ºC) de mayor ley que el S + FeS (1200ºC) de mayor ley que el concentrado.concentrado.

La mata se envía a conversión para oxidación del Fe y S La mata se envía a conversión para oxidación del Fe y S remanente.remanente.

1.1. Se produce una escoria fayalítica (oxidación del Fe mas Se produce una escoria fayalítica (oxidación del Fe mas adición de fundente) pobre en Cu que es apilada o adición de fundente) pobre en Cu que es apilada o enviada a recuperación.enviada a recuperación.

2.2. Se producen gases ricos en SOSe producen gases ricos en SO22 que se tratan para que se tratan para producir Hproducir H22SOSO44..

La mata es mas densa que la escoria y forman 2 fases La mata es mas densa que la escoria y forman 2 fases líquidas inmiscibles.líquidas inmiscibles.

Se sangran separadamente por orificios a distintos Se sangran separadamente por orificios a distintos niveles.niveles.

Reacciones QuímicasReacciones Químicas

CuFeSCuFeS22 + O + O22 = Cu = Cu22S + FeS + FeO + SOS + FeS + FeO + SO22

FeSFeS22 + + 55//22OO22 = FeO + 2SO = FeO + 2SO22

2FeO + SiO2FeO + SiO22 = Fe = Fe22SiOSiO44

3FeO + ½ O3FeO + ½ O22 = Fe = Fe33OO44

FeFe33OO44 : magnetita, mayoritariamente disuelta : magnetita, mayoritariamente disuelta en escoriaen escoria

Cantidad de OCantidad de O22 esta fuertemente controlada esta fuertemente controlada para obtener la cantidad de Fe y S oxidados.para obtener la cantidad de Fe y S oxidados.

Todas las R. Qx. Son Todas las R. Qx. Son H < 0, que disminuye el H < 0, que disminuye el consumo de “combustible”consumo de “combustible”

Oxidación del Cu a CuOxidación del Cu a Cu22OO

Casi todo el Cu que entra va a la mataCasi todo el Cu que entra va a la mata El Cu oxidado es resulfurizado, segúnEl Cu oxidado es resulfurizado, según CuCu22O + FeS = CuO + FeS = Cu22S + FeOS + FeO

GºGº12001200 = -1.3 = -1.3 10 1055 kJ/kmol Cu kJ/kmol Cu22OO

KK12001200 = 10 = 1044

G = - RT ln KG = - RT ln K Tomando aTomando aCu2SCu2S/a/aFeSFeS = 2 y a = 2 y aFeOFeO = 0.3, se = 0.3, se

obtiene aobtiene aCu2OCu2O = 0.0001 = 0.0001

Combinando Fusión y ConversiónCombinando Fusión y Conversión Ambos son procesos de oxidación Ambos son procesos de oxidación

con productos fundidos.con productos fundidos. Parece razonable llevarlo a cabo en Parece razonable llevarlo a cabo en

una sola etapa.una sola etapa. Sin embargo no ha sido posible por la Sin embargo no ha sido posible por la

alta concentración de Cu en la alta concentración de Cu en la escoria que esta en equilibrio con Cu escoria que esta en equilibrio con Cu blister.blister.

Esto requiere una “costosa” etapa de Esto requiere una “costosa” etapa de recuperación”recuperación”

Características de la FusiónCaracterísticas de la Fusión Características comprenden:Características comprenden:1.1. Contactar partículas de concentrado y fundente Contactar partículas de concentrado y fundente

siliceo con aire ($ Osiliceo con aire ($ O22) en un horno caliente.) en un horno caliente.2.2. Calentar y fundir las partículas con la energía de la Calentar y fundir las partículas con la energía de la

oxidación del Fe y S y combustión de combustible.oxidación del Fe y S y combustión de combustible.3.3. Permitir que las gotas parcialmente oxidadas y Permitir que las gotas parcialmente oxidadas y

fundente se junten en una capa de escoria donde fundente se junten en una capa de escoria donde las fracciones oxidadas y no oxidadas reaccionen y las fracciones oxidadas y no oxidadas reaccionen y se separen.se separen.

4.4. Dar tiempo suficiente para que las gotas de mata Dar tiempo suficiente para que las gotas de mata sedimenten a la capa de mata.sedimenten a la capa de mata.

5.5. Vaciado de la mata y escoria separadamente a Vaciado de la mata y escoria separadamente a través de sangrías inferiores y superiores.través de sangrías inferiores y superiores.

6.6. Enviar la mata a conversión.Enviar la mata a conversión.7.7. Enviar la escoria (usualmente) a recuperación.Enviar la escoria (usualmente) a recuperación.

Temperatura de FusiónTemperatura de Fusión

Todas las técnicas de fusión siguen Todas las técnicas de fusión siguen las características anteriores.las características anteriores.

La fusión a mata se lleva a cabo a La fusión a mata se lleva a cabo a 1150ºC a 1250ºC.1150ºC a 1250ºC.

Esto asegura la rapidez de las Esto asegura la rapidez de las velocidades de reacción y asegura velocidades de reacción y asegura que la mata y escoria estén fluidas.que la mata y escoria estén fluidas.

El horno se reviste con refractarios (a El horno se reviste con refractarios (a veces refrigerados).veces refrigerados).

Objetivos y ControlObjetivos y Control Mata de ley y temperatura adecuada para Mata de ley y temperatura adecuada para

alimentar a los convertidores.alimentar a los convertidores. Escoria inmiscible con la mata, diluida en Cu y Escoria inmiscible con la mata, diluida en Cu y

suficientemente fluida para un fácil sangrado suficientemente fluida para un fácil sangrado del horno.del horno.

Gases de salida lo bastante concentrados en Gases de salida lo bastante concentrados en SOSO22 para producir H para producir H22SOSO44..

La ley del eje se ajusta con:La ley del eje se ajusta con:Flujo de OFlujo de O22 in/Flujo concentrado in in/Flujo concentrado in

Tº mata y escoria se ajusta con combustible Tº mata y escoria se ajusta con combustible (razón N(razón N22/O/O22, $O, $O22))

Inmiscibilidad mata/escoria se controla conInmiscibilidad mata/escoria se controla conFlujo SiOFlujo SiO22 in/Flujo Concentrado in in/Flujo Concentrado in

Quemar poco combustible aumenta %SOQuemar poco combustible aumenta %SO22

MataMata Son soluciones CuSon soluciones Cu22S + FeSS + FeS Están cerca de la saturación con FeEstán cerca de la saturación con Fe33OO44 y y

contienen 1 a 2 %contienen 1 a 2 % ρρmatamata = 4500 vs = 4500 vs ρρescesc = 3500 kg/m = 3500 kg/m33

matamata = 10 cP vs = 10 cP vs escesc = 100 cP (10 = 100 cP (10-2-2P)P) matamata=300-1000 - =300-1000 - escesc= 0.5 [1/= 0.5 [1/cm]cm] Mata son semiconductores.Mata son semiconductores. Escoria son conductores iónicos.Escoria son conductores iónicos. Por lo tanto, mata es mas densa, menos Por lo tanto, mata es mas densa, menos

viscosa, conductora y Cu-Fe enlazados viscosa, conductora y Cu-Fe enlazados covalentemente a S-Ocovalentemente a S-O

Sistema Cu – Fe – SSistema Cu – Fe – S

La mata liquida CuLa mata liquida Cu22S – FeS se S – FeS se mantiene al disminuir su contenido mantiene al disminuir su contenido de Sde S

Al seguir disminuyendo se separa Al seguir disminuyendo se separa una segunda fase rica en Metaluna segunda fase rica en Metal

Lo anterior ocurre para todo el rango Lo anterior ocurre para todo el rango Cu/Fe y en ambos extremos CuCu/Fe y en ambos extremos Cu22S – S – FeSFeS

A 1200ºC y 1 atm cualquier exceso A 1200ºC y 1 atm cualquier exceso de S en Cude S en Cu22S - FeS vaporizaraS - FeS vaporizara

EscoriaEscoria

Se forman a partir de óxidos de la Se forman a partir de óxidos de la “carga” mas oxidación del Fe.“carga” mas oxidación del Fe.

Se compone deSe compone de 30 a 40 % Fe (Fe30 a 40 % Fe (Fe2+2+-Fe-Fe3+3+ en la escoria y en la escoria y

“sólido”) + O (O“sólido”) + O (O2-2-)) 30 a 40% SiO30 a 40% SiO22 (fundente, (fundente,

concentrado, escoria de conversión)concentrado, escoria de conversión) 5 % Al5 % Al22OO33 (idem SiO (idem SiO22)) 5 % CaO (idem SiO5 % CaO (idem SiO22) )

Selección ComposiciónSelección Composición

Inmiscible con la escoria y baja Inmiscible con la escoria y baja solubilidad de Cu.solubilidad de Cu.

Suficiente fluidez para evitar mata Suficiente fluidez para evitar mata atrapada, gotas y partículas de atrapada, gotas y partículas de concentrado.concentrado.

Suficiente Fluidez para controlar el Suficiente Fluidez para controlar el sangrado.sangrado.

1 Poise = 0.1 [kg/m1 Poise = 0.1 [kg/ms] o [Pas] o [Pas]s] 1 Cp = 101 Cp = 10-2-2 [P] [P]

Estructura y PropiedadesEstructura y Propiedades

Altamente viscosas 200 a 1000 cP.Altamente viscosas 200 a 1000 cP. FeFe33OO44 y SiO y SiO22 sólidas la aumentan sólidas la aumentan

mas.mas. Son “iónicas” cationes CaSon “iónicas” cationes Ca2+2+, Fe, Fe2+2+, ,

FeFe3+3+ y aniones O y aniones O2-2-, SiO, SiO444-4-

Escorias básicas (CaO) simplesEscorias básicas (CaO) simples Escorias acidas (SiOEscorias acidas (SiO22) grandes anillos ) grandes anillos

de aniones de silicatos conectados de aniones de silicatos conectados (Fusión a Mata = acida)(Fusión a Mata = acida)

Región Escoria LíquidaRegión Escoria Líquida Escoria liquida es a % SiOEscoria liquida es a % SiO22 > 20% > 20%

(1200ºC) y saturan a 35%.(1200ºC) y saturan a 35%. FeFe33OO44 se forma bajo llama oxidante del se forma bajo llama oxidante del

horno de fusión.horno de fusión. Precipita (línea CD) si excede el 20%.Precipita (línea CD) si excede el 20%. FeFe33OO44 sólida aumenta viscosidad y sólida aumenta viscosidad y

atrapamiento de Cu.atrapamiento de Cu. Mientras exista FeS ocurriráMientras exista FeS ocurrirá

FeSFeS(l)(l) + 3Fe + 3Fe33OO44 = 10 FeO + SO = 10 FeO + SO22

También se desfavorece a alta Tº o También se desfavorece a alta Tº o adicionando reductores (Fe-Si adicionando reductores (Fe-Si “localmente”)“localmente”)

Inmiscibilidad Mata - EscoriaInmiscibilidad Mata - Escoria La separación se favorece cerca de la saturación La separación se favorece cerca de la saturación

son SiOson SiO22.. Sin SiOSin SiO22 se forma “una” sola fase oxisulfuro de se forma “una” sola fase oxisulfuro de

Cu y Fe, y no 2 fases rica en Cu y otra con Cu Cu y Fe, y no 2 fases rica en Cu y otra con Cu diluidodiluido

Con SiOCon SiO22 aparece una segunda fase de Fe – O – aparece una segunda fase de Fe – O – SiOSiO22 baja en Cu y S. baja en Cu y S.

Diagrama de Fases FeO – FeS – SiODiagrama de Fases FeO – FeS – SiO22

1.1. FeO – FeS son miscibles en amplio rango.FeO – FeS son miscibles en amplio rango.

2.2. SiOSiO22 causa que este oxisulfuro se separe en 2 causa que este oxisulfuro se separe en 2 fases (línea conjugada a, b, c, d sobre curva ACB)fases (línea conjugada a, b, c, d sobre curva ACB)

3.3. Diferencia de fases aumenta con mas SiODiferencia de fases aumenta con mas SiO22.. Línea A escoria y línea B mataLínea A escoria y línea B mata

Sin SiOSin SiO22 Cu – Fe – S – O están Cu – Fe – S – O están

en un enlace covalenteen un enlace covalente

(e de enlace son compartidos(e de enlace son compartidos

por ambos átomos)por ambos átomos) Con SiOCon SiO22 Fe y O forman fuertes enlaces Fe y O forman fuertes enlaces

poliméricos de aniones silicatospoliméricos de aniones silicatos

4FeO + 4SiO4FeO + 4SiO22 = 4Fe = 4Fe2+2+ + Si + Si44OO12128-8-

Fe y S no tienen esta tendencia y S Fe y S no tienen esta tendencia y S permanece como una fase covalente permanece como una fase covalente distintadistinta